双闭环不可逆直流调速系统课程设计(matlab仿真设计)Word文件下载.doc
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目录
1双闭环直流调速系统的工作原理 1
1．1双闭环直流调速系统的介绍 1
1．2双闭环直流调速系统的组成 2
1．3双闭环直流调速系统的稳态结构和静特性 2
1．4双闭环直流调速系统的数学模型 3
1．5双闭环直流调速系统两个调节器的作用 3
2双闭环直流调速系统启动过程分析 4
2．1双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形 4
2．2双闭环直流调速系统的起动过程 4
2．3双闭环直流调速系统的动态抗扰性能 5
2．3.1双闭环直流调速系统的抗负载扰动 5
2．3.2双闭环直流调速系统的抗电网电压扰动 5
3双闭环调速系统的主电路各器件的选择和计算 6
3．1主电路参数的选择与确定 6
3．1.1直流电机的基本参数 6
3．1.2设计指标 6
3．2.参数的选取和计算 6
3．2.1模块参数设置 6
3．2.2电流调节器的设计 7
3．2.3转速调节器的设计 7
4MATLAB/SIMULINK仿真软件 7
4．1仿真软件介绍 7
4．2仿真软件操作过程 8
4．2.1建立自控系统的数学模型 8
4．2.2建立自控系统的仿真模型 8
4．2.3编制自控系统仿真程序 8
5．仿真设计 9
6.仿真结果分析 11
6．1电机转速曲线 11
6.2电流电流曲线 12
7．设计结论 12
总结与体会 13
参考文献 14
1双闭环直流调速系统的工作原理
1．1双闭环直流调速系统的介绍
双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-（a）所示。
当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
在实际工作中,我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
这样的理想起动过程波形如图1-（b）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。
这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
IdL
n
t
Id
O
Idm
Idcr
（a）
（b）
（a）带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程（b）理想快速起动过程
图1调速系统起动过程的电流和转速波形
实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。
问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。
这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。
1．2双闭环直流调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如图2所示，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。
从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；
转速环在外面，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。
因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；
作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
图2转速、电流双闭环直流调速系统
图中U*n、Un—转速给定电压和转速反馈电压U*i、Ui—电流给定电压和电流反馈电压ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器UPE—电力电子变换器
1．3双闭环直流调速系统的稳太结构图和静特性
首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图3所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI调节器的稳太特征。
一般存在两种状况：
饱和——输出达到限幅值；
不饱和——输出未达到限幅值。
当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳太时总是为零。
图3
Ks
a
1/Ce
U*n
Uct
E
Ud0
Un
+
-
ASR
U*i
-IdR
R
b
ACR
Ui
UPE
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
因此，对静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
1．4双闭环直流调速系统的数学模型
双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图。
双闭环直流调速系统的动态结构框图如图4所示。
图中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。
为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流显露出来。
图4：
a
-IdL
WASR（s）
WACR（s）
Ks
Tss+1
1/R
Tls+1
R
Tms
1/Ce
1．5双闭环直流调速系统两个调节器的作用
1）转速调节器的作用
使转速n跟随给定电压变化，当偏差电压为零时，实现稳态无静差；
对负载变化起抗扰作用；
其输出限幅值决定允许的最大电流。
2）电流调节器的作用
在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化；
对电网电压波动起及时抗扰作用；
起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动；
当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用。
当故障消失时，系统能够自动恢复正常。
2双闭环直流调速系统启动过程分析
2.1双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形
突加给定电压U*n时，双闭环直流调速系统在带有负载IdL条件下起动过程的电流波形和转速波形。
2.2双闭环直流调速系统的起动过程
在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和（I）、饱和（II）、退饱和（III）三个阶段。
第I阶段电流上升的阶段（0--t1）
突加给定电压U*n后，Id上升，当Id小于负载电流IdL时，电机还不能转动。
当Id≥IdL后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，ASR输入偏差电压仍较大，ASR很快进入饱和状态，而ACR一般不饱和。
直到Id=Idm，Ui=U*im。
特点：
ASR由不饱和进入饱和状态，转速增加较慢、电流快速上升到Idm。
第II阶段恒流升速阶段（t1--t2）
ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统为在恒值电流U*im给定下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长，直到n=n*。
电机的反电动势E也按线性增长，对电流调节系统来说，E是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，Ud0和Uc也必须基本上按线性增长，才能保持Id恒定。
当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id应略低于Idm。
ASR处于饱和状态－－转速环开环；
电流无静差系统；
转速线性上升；
Id略小于Idm
第Ⅲ阶段转速调节阶段（t2以后）
ASR和ACR都不饱和，ASR起主导作用，ACR力图使Id尽快地跟随U*i，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。
当n=n*时，ASR输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im，所以电机仍在加速，使n>
n*。
ASR输入偏差电压变负，开始退出饱和，U*i和Id很快下降。
但是，只要Id仍大于负载电流IdL，转速就继续上升。
直到Id=IdL时，转矩Te=TL，则dn/dt=0，转速n才到达峰值（t=t3时）。
此后，电动机在负载的阻力下减速，在一小段时间内（t3~t4），Id<
IdL，直到稳定Id=IdL，n=n*。
如果调节器参数整定得不够好，会有振荡过程。
ASR不饱和，起主要调节作用；
ACR起跟随作用；
转速有超调。
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